继电保护及自动装置部分的设计设计

继电保护及自动装置部分的设计设计前言为了进一步提高工程建设集约化、精细化管理水平，根据《35-110KV 变电所设计规范》（GB50059-1992）、《江苏省35kV-220kV变电所设计技术导则（试行）》做好待设计变电所的设计工作。

设计要求有利于运行维护和备品备件管理，有利于新技术推广应用，有利于提高工程建设集约化管理水平，能进一步提高供电可靠性。

设计原则：安全可靠、自主创新、技术先进、注重环保、节约资源、降低造价，努力做到统一性与可靠性、适应性、先进性、经济性和灵活性的协调统一。

一、对待设计变电所在电力系统中的地位、作用及电力用户的分析待设计变电所在城市近郊，变电所110kV有2回线路分别与系统和发电厂相连；在低压侧10kV有10条线路向用户供电，该变电所的建成能保障该地区新增负荷的电力供应。

另外变电所的所址范围内场地开阔，地势平坦，交通方便。

二、设计目的及主要任务本次设计的主要目的是结合一实际变电所的一次参数作系统继电保护及自动装置部分的设计，主要任务有：1）主变台数、容量及型式的选择；2）电气主接线方案的确定；3）短路阻抗及短路电流的计算；4）选择系统保护用的电流、电压互感器型号；5）保护的配置及原理；6）保护的整定计算。

本次第一章主要介绍一次设备选型及短路电流及短路阻抗计算。

第二、第三章中介绍了保护配置及整定计算。

第四章介绍了变电站二次回路设计。

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见第一章一次设备选型及短路计算第一节主变压器的选择一、主变压器型式的选择1.本变电所最高电压等级为110kV，地处市郊，交通方便，对变压器无运输条件的限制，故选择三相变压器。

2.本变电所有110kV、10kV两个电压等级，故选择双圈变压器。

3.根据《江苏省35kV-220kV变电所设计技术导则（试行）》3.1.1的要求，并且目前用户对电力系统的电压要求越来越高，为了确保今后向用户提供合格的电能，保证电压的质量，所以选用有载调压的变压器。

二、主变压器台数的选择根据《江苏省35kV-220kV变电所设计技术导则（试行）》的要求，为了确保重要负荷的供电，确保当一台主变故障或检修时，单台主变能够满足重要负荷的容量要求，并留有一定的裕度供将来负荷发展的需要，所以选择两台变压器。

三、主变压器容量的选择实际情况分析：变电所A的10KV出线总数为10条，平均长度为5km，本变电所的负荷总容量为5+S（MVA）＝20MVA(S=15MVA)。

根据张家港地区容载比要求（容载比为3），则单台主变容量为S＝（20×3）/2＝30MVA。

由此可知，单台变压器容量为30MVA,且考虑到本地区发展前景，为将来负荷发展留以一定裕度，且根据《江苏省35kV-220kV变电所设计技术导则（试行）》3.1.6 的要求，选单台变压器容量为31.5MVA，变比为110±8×1.25%/10.5kV，型号为SFZ7-31500/110(沈变)的双圈有载调压变压器.第二节变电所主接线的设计一、变电所原始资料的分析（1）本变电所电压等级为110KV变电所，110KV侧有两回进线。

且本变电所10KV直接向附近的地区负荷供电，故属于终端变电所。

（2）本变电所10KV出线总数为10条，在设计主接线方案时应考虑到保证重要负荷的连续供电的需要。

（3）本变电所地处市郊，环境污染程度一般，海拔高度较低（不超过1000米），不处于地震带，气象情况良好，属于温带气候特点，所址地势平坦，交通方便，在设计主接线时应予以考虑。

二、主接线方案的确定（1）、110KV侧单母线及单母线分段接线方式，虽然占地面积小，投资低，但因为其供电可靠性太低，不适合110kV系统的要求，故不采用；二分之三断路器接线继电保护及二次回路复杂，主要适用于大型、超高压配电装置，本变电所110kV变电容量不大，因而也不采用二分之三断路器接线；双母线接线方案及双母线带旁路接线方案虽然供电可靠性高，但占地面积大，投资多，也不适用于本变电所。

根据《江苏省35kV-220kV变电所设计技术导则（试行）》第2.1条“ 2.3.1 110kV侧线路为2回时，宜采用内桥形、线路变压器组接线；110kV侧有转供负荷时，宜采用扩大桥接线；3台主变压器时，宜采用线路变压器组接线或双内桥接线、双外桥接线。

”故本变电所110KV侧采用内桥形式，并在布置配电装置时考虑到预留设备位置，以便将来负荷发展时将其发展为单母线分段或双母线接线方式。

（2）、10KV侧双母线带旁路接线方案占地面积大，接线复杂，对于10kV的室内配电装置，一般不考虑双母线带采用旁路母线接线方案；双母线接线方案能够满足供电可靠性的要求，但投资高，占地面积大，操作复杂，容易导致误操作，不适合室内配电装置使用，所以也不采用双母线接线方案；单母线接线方式，虽然占地面积小，投资低，但因为其供电可靠性太低，不能确保在母线故障或检修的情况下，重要负荷的不间断供电，因而不适合本变电所的10kV系统设计要求，故不采用单母线接线方式。

根据《江苏省35kV-220kV变电所设计技术导则（试行）》第2.3.4“10kV侧宜采用单母线分段接线；在无法构成配电线手拉手供电或不能满足供电可靠性时，宜采用单母线分段带旁路接线。

”单母线分段占地面积小，投资低，可以将地区负荷的两条线路分布在不同母线上运行，当一条线路或母线停电或检修时，也能确保重要负荷的供电，且可以采用成套的室内配电装置，所以本变电所10KV侧采用单母线分段带旁路接线。

3、所用变的选择（接地变+消弧线圈）因为10kV为电缆出线，电容电流较大，故考虑采用接地变加消弧线圈，当电容电流过大时，合上消弧线圈来平衡电容电流，假设2台选择250kVA 的所用变能够满足需要，选择DKSC-400/10.5-250/0.4的接地变2台，额定电压10.5kV，分别接于10kV系统的两段母线。

消弧线圈采用KD-XH01-150/10/5 0~25A。

4、电容器的选择为进行无功补偿，本次设计需考虑为每段母线配置二台电容器，配置总容量为主变容量的15-20%，考虑配置TBB10-3600/100AK电容器四台，每段母线配置二台，分别接于10kV系统的两段母线。

5、电流、电压互感器的配置原则按照监视、测量、继电保护和自动装置的要求，配置互感器。

（1）、电压互感器的配置。

电压互感器的配置应能保证在主接线的运行方式改变时，保护装置不得失压，同期点的两侧都能提取到电压。

每组母线的三相装设电压互感器，110kV桥断路器两侧连接点装设三相电压互感器。

利用其绝缘套管末屏抽取电压，则可以省去单相电压互感器。

（2）、电流互感器的配置。

所有断路器的回路均装设电流互感器，以满足测量仪表、保护和自动装置要求。

变压器的中性点上装设一台，以检测零序电流。

电流互感器一般按三相配置。

对10kV系统，母线分段回路和出线回路按两相配置，以节省投资，同时提高供电可靠性。

（3）进行设备选择时，有关设备热稳定校验的短路时间应不低于以下数值：10kV线路设备采用线路后备保护时间：1.6秒；主变10kV侧设备采用主变110kV侧后备保护时间：2.1秒。

10kV电容器后备保护时间：1.6秒，不平衡电压保护、过电压保护、欠电压保护全部整定：0.5秒。

110kV线路设备采用线路后备保护时间：2.6秒。

第三节短路阻抗及短路电流计算系统参数计算：（选用LGJQ-400型导线）供、配点系统的事故大部分是由短路引起的。

发生短路时，电流可能达到正常运行电流的十几倍，有的甚至上百倍。

这样大的电流所产生的热效应和力效应回使电器气设备受到严重的损坏。

为此，要进行短路电流计算，确保供、配电系统能具有选择性地、尽快地切除短路故障。

短路电流计算主要是为了解决下列问题：（1）电气接线方案的比较和选择；（2）正确选择和校验电气设备（包括限制短路电流的设备）；（3）正确选择和校验载流导体；（4）继电保护的选择与整定；对该变电所来说，110kV电源进线方向的大型电力系统可看作无限大容量的系统。

无限大容量的系统基本特点是其母线电压总维持不变。

本设计采用标幺值进行短路电流的计算。

1． 绘制计算电路（图2-1）110x =(110归算值）x =0.(110 归算值） 图2-1 短路电流计算电路 2． 确定基准值设S B =100MVA U B.110=115kV U B.10=10.5kV 则：110kV 侧基准电流：I B.110=100/（=0.502kA （2-1） 10kV 侧基准电流：I B.10=100/（=5.5kA （2-2） 3． 计算短路电路中各元件的电抗标么值 （1）系统正序电抗标幺值:max min 0.81.0X X X X **==；；系统零序电抗标幺值:00.35X X *=；（2）发电机:标幺值计算公式为：''''*Bd d NS X X S *= （2-3） 发电机正序电抗标幺值：''''''12100*0.13*0.41625/0.8B d d d N S X X X S **==== 发电机负序电抗标幺值：122100*0.1492*0.47725/0.8B d d N S X X X S **==== （3）架空线路线路阻抗标么值计算公式为：2**BL L NS X X L U *= （2-4） 查表知：LGJQ —400导线电抗为0.416Ω/KM， 设计任务书参数：XF ＝5+L （Km ），XA ＝10+L （Km ），AF ＝15+L （Km ），L ＝1Km 因此线路正序电抗标么值为：X XF*=6×0.416×100/1152=0.019 X XA*=11×0.416×100/1152=0.035 X AF*=16×0.416×100/1152=0.05 线路零序电抗标么值为：(3.5倍正序电抗)X XF0*=3.5*X XF*=3.5*0.019=0.067X XA0*=3.5*X XA0*=3.5*0.035=0.123 X AF0*=3.5*X AF0*=3.5* 0.05=0.175（4）电力变压器根据设计任务书，变压器短路电压可取：U k %==10.5%， 所设计变电所变压器容量为31.5MVA ，故：34.10.5100%**0.33310031.5B T T K N T S MVAX X U S MVA**==== 发电厂内变压器容量为20MVA ，故：12.10.5100%**0.52510020B T T K N T S MVAX X U S MVA**====上述结果综合如表1、2、3所示:表1 正序电抗值表2 负序电抗值表3 零序电抗值(发电机无零序,变压器零序等于正序)4．绘制等效电路并进行网络变换：K-1点短路（110kV 侧） K-2点短路（10KV 母线侧） （1）等效电路图如下：（图2-2）、（图2-3）、（图2-4）1/0.（1/）7/0.035(7/K 21/系统正序电抗标么值7/线路 正序电抗标么值待设计变电所侧）系统发电厂内待设计变电所侧）发电厂内K 12/线路正序电抗标么值2/0.019 （2/）3/0.525（1/）5/0.525（1/）4/0.（1/）6/0.（1/）8/0.33（1/）9/33（1/）9/变压器4正序电抗标么值8/变压器3正序电抗标么值5/变压器2正序电抗标么值3/变压器1正序电抗标么值6/发电机2正序电抗标么值4/发电机1正序电抗标么值图2-2 正序等效电路1/0.（1/）7/0.035(7/K 21/系统负序电抗标么值7/线路 负序电抗标么值待设计变电所侧）系统发电厂内待设计变电所侧）发电厂内K 12/线路负序电抗标么值2/0.019 （2/）3/0.525（1/）5/0.525（1/）4/0.（1/）6/0.（1/）9/0.33（1/）9/变压器 4 负序电抗标么值8/0.33（1/）8/变压器 3 负序电抗标么值5/变压器 2 负序电抗标么值3/变压器 1 负序电抗标么值6/发电机 2 负序电抗标么值4/发电机 1 负序电抗标么值图2-3 负序等效电路1/0.（1/）7/线路零序电抗标么值K 2待设计变电所侧）系统待设计变电所侧)K 12/线路零序电抗标么值1/系统零序电抗标么值2/0.067 （2/）5/0.525（1/）7/0.123(7/9/0.33（1/）9/变压器 4 零序电抗标么值8/0.33（1/）8/变压器 3 零序电抗标么值5/变压器 2 零序电抗标么值图2-4 零序等效电路（2）进行网络变换：正序网络变换如下1/0.（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.019 （2/）3/0.525（1/）5/0.525（1/）4/0.（1/）6/0.（1/）正序网络变换（1）9/0.33（1/）8/0.33（1/）1/0.（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.019 （2/）3、4 /0.9415、6 /0.941正序网络变换（2）8、9 /0.1651/0.（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.019 （2/）3、4 并 5、6 /0.471正序网络变换（3）8、9 /0.1651/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 10.49正序网络变换（4）8、9 /0.165侧)K 1正序网络变换（5）系统 侧）K 20.21/0.8K 2侧）0.490.3390.5负序网络变换如下1/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.019 （2/）4/0.（1/）6/0.（1/）负序网络变换（1）3/0.525（1/）5/0.525（1/）9/0.33（1/）8/0.33（1/）1/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.019 （2/）负序网络变换（2）5、6 /1.0023、4 /1.0028、9 /0.1671/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.019 （2/）3、4 并 5、6 /0.501负序网络变换（3）8、9 /0.1671/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 18、9 /0.167负序网络变换（4）0.52侧)K 1负序网络变换（5）系统 侧）K 20.21/0.8K 2侧）0.520.350.52零序网络变换如下1/0.35（1/）7/0.123(7/K 2侧）系统侧)K 12/0.067 （2/）零序网络变换（1）9/0.333（1/）8/0.333（1/）5/0.525（1/）1/0.35（1/）7/0.123(7/K 2侧）系统侧)K 1零序网络变换（2）5920.1677/0.123(7/侧）侧)K 1零序网络变换（3）K 1侧)侧）侧)K 1点短路无零序网络0.1670.220.3430.1670.1125．计算K-1点（110kV 侧）的短路电流： I B.110=100/（=0.502kA 总电抗标么值：(1)1(1)2(1)0(1)0.3390.350.1120.801K K K K X X X X *-*-*-*-=++=++=∑∑∑∑；（1）正序单相电流标么值：''(1)(1).1(1)1(1)2(1)0(1)1111.250.801K K K K K I X X X X *-*-*-*-*-====++∑∑∑∑正序单相电流有名值：''(1)''(1)(1).1.110(1).1*0.502*1.250.628K B K I I I KA KA-*-===单相短路电流：''(1)''(1)(1)(1).1*3*0.628 1.884K K I I KA KAϖ--===（2）两相短路 ：''(2)(1).11(1)2(1)111.450.3390.35K K K I X X *-*-*-===++∑∑''(2)''(2)(1).1.110(1).1*0.502*1.450.73K B K I I I KA KA-*-===''(2)''(2)(1)(1).1*3*0.73 2.19K K I I KA KAϖ--===（3）两相接地短路：''(1.1)(1).12(1)(1)1(1)2(1)(1)112.360.35*0.112*0.3390.350.112K K K K K K I X X X X X *-*-*-*-*-*-===+∑∑++∑+∑∑ ''(1.1)''(1.1)(1).1.110(1).1*0.502*2.36 1.184K B K I I I KA KA-*-===''(1.1)''(1.1)(1)(1).11.853K K IIKA KA--===（4）三相短路电流计算：K-1点三相短路时，根据正序网络变换图进行星三角变换，计算得：系统：'(1).0.8*0.0350.80.0350.8920.49K X X *-=++=∑ 发电厂：'(1).0.49*0.0350.490.0350.550.8K FX *-=++=∑1/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 18、9 /0.正序网络变换（4）0.49系统：''(1)0.10.24'(1).111.120.892Z K K XI I I I X *-****-======∑发电厂：S ＝2*（25/0.8）＝62.5MVA计算电抗：'(1).62.562.5*0.55*0.344100100F K F X X *-===∑ 查参考资料《发电厂电气设备》附录“汽轮发电机短路电流运算曲线【一】、【二】，求得发电机短路电流标么值如下：''(1).0.1(1).0.2(1).4(1).3.18 2.65 2.42 2.8Z K F K F K F K F I I I I *-*-*-*-====；；；（K-1）点三相短路各电源供给的6．计算K-2点（10kV 侧）的短路电流：10kV 侧基准电流：I B.10=100/（10.5）=5.5kA 总电抗标么值：(2)1(2)2(2)0(2)0.50.520 1.02K K K K X X X X *-*-*-*-=++=++=∑∑∑∑；（1）正序单相电流标么值：''(1)(2).1(2)1(2)2(2)0(2)1110.981.02K K K K K I X X X X *-*-*-*-*-====++∑∑∑∑正序单相电流有名值：''(1)''(1)(2).1.10(2).1* 5.5*0.98 5.39K B K I I I KA KA-*-===单相短路电流：''(1)''(1)(2)(2).1*3*5.3916.17K K I I KA KAϖ--===（2）两相短路 ：''(2)(2).11(2)2(2)110.980.50.52K K K I X X *-*-*-===++∑∑''(2)''(2)(2).1.10(2).1* 5.5*0.98 5.39K B K I I I KA KA-*-===''(2)''(2)(2)(2).1*3*5.3916.17K K I I KA KAϖ--===（3）两相接地短路：''(1.1)(2).12(2)(2)1(2)2(2)(2)1120.52*0*0.50.520K K K K K K I X X X X X *-*-*-*-*-*-===+∑∑++∑+∑∑ ''(1.1)''(1.1)(2).1.10(2).1* 5.5*211K B K I I I KA KA-*-===''(1.1)''(1.1)(2)(2).119.052K K IIKA KA--===（4）三相短路电流计算：K-2点三相短路时，根据正序网络变换图进行星三角变换，计算得：系统：()()'(2).0.8*0.0350.1670.80.0350.167 1.3320.49K XX*-+=+++=∑ 发电厂：()()'(2).0.49*0.0350.1670.490.0350.1670.820.8K FX *-+=+++=∑1/0.8（1/）7/0.035(7/K 2侧）系统侧)K 18、9 /0.167正序网络变换（4）0.49系统：''(2)0.10.24'(2).110.7511.332Z K K XI I I I X *-****-======∑发电厂：S ＝2*（25/0.8）＝62.5MVA计算电抗：'(2).62.562.5*0.82*0.513100100F K F X X *-===∑ 查参考资料《发电厂电气设备》附录“汽轮发电机短路电流运算曲线【三】、【五】，求得发电机短路电流标么值如下：''(2).0.1(2).0.2(2).4(2).2.0 1.8 1.7 1.92Z K F K F K F K F I I I I *-*-*-*-====；；；（K-2）点三相短路各电源供给的第四节选择系统保护用的电流、电压互感器型号一、电流互感器的选择I N =S N.T ×I b /S b , （2-5） 已知：U e =110kV S N.T =31.5MVA待设计变电所A 最大负荷为：S ＝5+s ＝5+15＝20MVA110kV 侧基准电流：I B.110=100/（×115）=0.502kA 10kV 侧基准电流： I B.10=100/（×10.5）=5.5kA计算出: I 110.N =31.5*0.502/100＝0.16 kA I 10.N =1.73kA （1）、110kV 系统电流互感器的选择I fmax =1.3×I 110.N =1.3×0.16×1000=208(A) （2-6） 短路总电流：(3)(3)(3)(1)max (1)max (1)max (3)(3)(1)max(1)max1.56I2.55 2.55 1.563.978d K K K cj sh K K I I I I kAiI kA kA -∞----''===''==⨯=＝；＝；Q z =I d 2×t =3.9782×2.6=39.1 (S kA ⋅2)选LCW-110,(50～100)～(300～600)/5 取额定电流比300/5热稳定校验:K T =75 条件: (K r I N1)2>Q Z(75×0.3)2=506.25>Q Z =39.1 ，满足条件； 动稳定校验:K d =1502I e.K d =2×0.3×150=63.63>I cj =3.978， 满足条件。